(57)【要約】【課題】３次元物体の形状や形状の変化などの計測を安価なシステムでリアルタイム性をもって行うことが可能な立体構造物および形状測定装置を提供する。【解決手段】立体構造物本体１０と、コアおよびコアの外周に積層されたクラッドを備え、伝送する光の一部の外界との相互作用を可能にするセンサ部ＳＰを有し、当該センサ部ＳＰが立体構造物本体１０の表面を構成する面において２次元的に複数箇所配置されるように、立体構造物本体１０の表層部分に埋め込まれ、あるいは当該表面上に設けられた複数本の光ファイバ（２０ａ，１０ｂ）と、光ファイバ１０ａの入射端に対する入射光を出射する光源１１と、センサ部ＳＰを介して光ファイバ１０ｂの出射端から出射される光を検出する受光部１３とを有する構成とする。【選択図】図１
2005265434.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
立体構造物本体と、
コアおよびコアの外周に積層されたクラッドを備え、伝送する光の一部の外界との相互作用を可能にするセンサ部を有し、当該センサ部が前記立体構造物本体の表面を構成する面において２次元的に複数箇所配置されるように、前記立体構造物本体の表層部分に埋め込まれ、あるいは当該表面上に設けられた複数本の光ファイバと、
前記光ファイバの入射端に対する入射光を出射する光源と、
前記センサ部を介して前記光ファイバの出射端から出射される光を検出する受光部と
を有する立体構造物。
【請求項２】
前記センサ部は、前記光ファイバのコア径と異なるコア径を有するヘテロコア部であり、前記光ファイバの中途部に接合されてなる構成である
請求項１に記載の立体構造物。
【請求項３】
前記センサ部は、前記光ファイバのコアの屈折率あるいはクラッドの屈折率と同等の屈折率を持つ光透過部材が前記光ファイバの中途部に接合されてなる構成である
請求項１に記載の立体構造物。
【請求項４】
前記センサ部は、前記光ファイバのクラッドが除去された構成である
請求項１に記載の立体構造物。
【請求項５】
前記センサ部は、前記立体構造物の表面を構成する複数の曲面あるいは平面において２次元的に複数箇所配置されている
請求項１〜４のいずれかに記載の立体構造物。
【請求項６】
前記光ファイバは、前記立体構造物本体の表面を構成する面において第１の方向に沿って配置された第１系統と、前記第１の方向と異なる第２の方向に沿って配置された第２系統を有する
請求項１〜５のいずれかに記載の立体構造物。
【請求項７】
前記センサ部は、前記立体構造物本体の表面を構成する面において第１の密度で配置された第１領域と、前記第１の密度と異なる第２の密度で配置された第２領域を有する
請求項１〜６のいずれかに記載の立体構造物。
【請求項８】
前記光源からの光を複数に分岐して前記複数本の光ファイバの一本毎に切り替えて入射する光切替え器あるいは前記複数本の光ファイバのそれぞれに入射する光分岐器をさらに有する
請求項１〜７のいずれかに記載の立体構造物。
【請求項９】
前記受光部が前記複数本の光ファイバの出射端から出射される光を順次あるいは同時に測定する受光素子列である
請求項１〜８のいずれかに記載の立体構造物。
【請求項１０】
前記センサ部が、前記立体構造物本体の外界からの圧力分布、形状および／あるいはそれらの変化を検知する
請求項１〜９のいずれかに記載の立体構造物。
【請求項１１】
前記センサ部が、前記立体構造物と接触する液体の有無、種類および／あるいはその濃度を検知する
請求項１〜９のいずれかに記載の立体構造物。
【請求項１２】
形状測定対象物の形状を測定する形状測定装置であって、
コアおよびコアの外周に積層されたクラッドを備え、伝送する光の一部の外界との相互作用を可能にするセンサ部を有し、当該センサ部が前記形状測定対象物の表面を構成する面において２次元的に複数箇所配置されるように、前記形状測定対象物の表面上に設けられた複数本の光ファイバと、
前記光ファイバの入射端に対する入射光を出射する光源と、
前記センサ部を介して前記光ファイバの出射端から出射される光を検出する受光部と
を有する形状測定装置。
【請求項１３】
前記センサ部が、前記形状測定対象物の外界からの圧力分布、形状および／あるいはそれらの変化を検知する
請求項１２に記載の形状測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は立体構造物および形状測定装置に関し、特に、光ファイバセンサを有する立体構造物および形状測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバセンサは、例えば埋め込み可能という特徴を有しており、この特徴を活かして、複合材料の構造健全性をモニタリングするのに光ファイバセンサを用いた測定方法が開発されている。
中でも、ＢＯＴＤＲとＦＢＧと呼ばれるセンサシステムを用いた損傷モニタリング測定が開発されている。
【０００３】
ＢＯＴＤＲ（Brillouin Time Domain Reflectometer）は、分布型ネットワーク計測として、ブリルアン散乱光を時間分解で測定する方法である。これは、光ファイバの長さ方向に伸長させようと力を印加すると、光ファイバ内部に生じる超音波で散乱される光の波長がシフトする現象を利用したものである。
【０００４】
一方、ＦＢＧ（Fiber Bragg Grating）の場合は、光ファイバのコアに周期的な屈折率変化を与え、その周期に対応した波長がブラッグ回折により反射される現象を利用したものである。
【０００５】
ところで、皮膚の触覚を実現するために必要な物理量は、（１）機械変形、（２）温度、（３）化学的作用の３種類である。この中の機械変形について、皮膚の触覚を実現するためには１ｍｍの空間解像度が必要であると考えられている（非特許文献１参照）。
ＭＥＭＳ技術を利用した少数配線あるいは無配線の触覚デバイスも知られている（特許文献１参照）。弾性体の内部に無配線で電力の供給と信号の電送が可能なセンサチップが埋め込まれて構成されている。触覚機能を向上させるためにはセンサの高密度実装が必要であり、電源配線や埋め込み配線の観点から実現が困難であったが、特許文献１記載の技術を用いることで、多数のセンサを配置することが容易となる。
【０００６】
また、上記の光ファイバセンサに関して、いわゆるヘテロコア部をセンサとして用いる構成が特許文献２および特許文献３に記載されている。
【０００７】
しかしながら、上記の各センサは以下のような問題点を有していた。
ＢＯＴＤＲは微弱な光を測定する必要があるため、計測に時間がかかり、リアルタイム性に欠け、システムはより複雑となり、高価となってくる。
ＦＢＧでは、ファイバ上に波長程度の精密な周期的屈折率分布を形成するために赤外線レーザ干渉法を用いることから、センサ部分の製作が複雑で製造コストが高いという欠点がある。
また、皮膚感覚センサとしては、センサチップは小さいもので硬く、皮膚のような柔らかさを保てない。また、無線センシングではノイズが大きくなるという問題がある。
さらに、ＢＯＴＤＲとＦＢＧは、温度依存性を有するため、温度補償の別の工夫を必要とする。
また、特許文献２および特許文献３に記載の構成では、３次元物体の形状などを計測することはできない。
【特許文献１】特開平１１−２４５１９０号公報
【特許文献２】国際公開９７／４８９９４号パンフレット
【特許文献３】特開２００３−２１４９０６号公報
【非特許文献１】N. Asamura, T. Shinohara, Y. Tojo, N. Koshida, and H. Shinoda; Necessary Spatial Resolution for Realistic Tactile Feeling Display; Proc. IEEE Conf. On Robotics and Automation, pp1851-56(2001).
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
解決しようとする問題点は、立体構造物または形状測定対象物の形状や形状の変化などの計測を安価なシステムでリアルタイム性をもって行うことが困難であったという点である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の立体構造物は、立体構造物本体と、コアおよびコアの外周に積層されたクラッドを備え、伝送する光の一部の外界との相互作用を可能にするセンサ部を有し、当該センサ部が前記立体構造物本体の表面を構成する面において２次元的に複数箇所配置されるように、前記立体構造物本体の表層部分に埋め込まれ、あるいは当該表面上に設けられた複数本の光ファイバと、前記光ファイバの入射端に対する入射光を出射する光源と、前記センサ部を介して前記光ファイバの出射端から出射される光を検出する受光部とを有する。
【００１０】
上記の本発明の立体構造物は、立体構造物本体の表面を構成する面において２次元的に複数箇所配置されるように、伝送する光の一部の外界との相互作用を可能にするセンサ部が設けられている。これらのセンサ部を有する複数本の光ファイバに光を入射する光源と光ファイバからの光を検出する受光部とをさらに有する構成である。
【００１１】
上記の本発明の立体構造物は、好適には、前記センサ部は、前記光ファイバのコア径と異なるコア径を有するヘテロコア部であり、前記光ファイバの中途部に融着接合されてなる構成である。
あるいは好適には、前記センサ部は、前記光ファイバのコアの屈折率あるいはクラッドの屈折率と同等の屈折率を持つ光透過部材が前記光ファイバの中途部に融着接合されてなる構成である。
あるいは、好適には、前記センサ部は、前記光ファイバのクラッドが除去された構成である。
【００１２】
上記の本発明の立体構造物は、好適には、前記センサ部は、前記立体構造物の表面を構成する複数の曲面あるいは平面において２次元的に複数箇所配置されている。
【００１３】
上記の本発明の立体構造物は、好適には、前記光ファイバは、前記立体構造物本体の表面を構成する面において第１の方向に沿って配置された第１系統と、前記第１の方向と異なる第２の方向に沿って配置された第２系統を有する。
【００１４】
上記の本発明の立体構造物は、好適には、前記センサ部は、前記立体構造物本体の表面を構成する面において第１の密度で配置された第１領域と、前記第１の密度と異なる第２の密度で配置された第２領域を有する。
【００１５】
上記の本発明の立体構造物は、好適には、前記光源からの光を複数に分岐して前記複数本の光ファイバの一本毎に切り替えて入射する光切替え器あるいは前記複数本の光ファイバのそれぞれに入射する光分岐器をさらに有する。
【００１６】
上記の本発明の立体構造物は、好適には、前記受光部が前記複数本の光ファイバの出射端から出射される光を順次あるいは同時に測定する受光素子列である。
【００１７】
上記の本発明の立体構造物は、好適には、前記センサ部が、前記立体構造物本体の外界からの圧力分布、形状および／あるいはそれらの変化を検知する。
あるいは好適には、前記センサ部が、前記立体構造物と接触する液体の有無、種類および／あるいはその濃度を検知する。
【００１８】
また、本発明の形状計測装置は、形状測定対象物の形状を測定する形状測定装置であって、コアおよびコアの外周に積層されたクラッドを備え、伝送する光の一部の外界との相互作用を可能にするセンサ部を有し、当該センサ部が前記形状測定対象物の表面を構成する面において２次元的に複数箇所配置されるように、前記形状測定対象物の表面上に設けられた複数本の光ファイバと、前記光ファイバの入射端に対する入射光を出射する光源と、前記センサ部を介して前記光ファイバの出射端から出射される光を検出する受光部とを有する。
【００１９】
上記の発明の形状計測装置は、形状測定対象物の表面を構成する面において２次元的に複数箇所配置されるように、伝送する光の一部の外界との相互作用を可能にするセンサ部が設けられている。これらのセンサ部を有する複数本の光ファイバに光を入射する光源と光ファイバからの光を検出する受光部とをさらに有する構成である。
【００２０】
上記の発明の形状計測装置は、好適には、前記センサ部が、前記形状測定対象物の外界からの圧力分布、形状および／あるいはそれらの変化を検知する。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の立体構造物は、伝送する光の一部の外界との相互作用を可能にするセンサ部が立体構造物本体の表面を構成する面において２次元的に複数箇所配置されているので、３次元物体の形状や形状の変化の計測を安価なシステムでリアルタイム性をもって行うことができる。
【００２２】
また、本発明の形状測定装置は、伝送する光の一部の外界との相互作用を可能にするセンサ部が形状測定対象物の表面を構成する面において２次元的に複数箇所配置されているので、３次元物体の形状や形状の変化の計測を安価なシステムでリアルタイム性をもって行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下に、本発明の立体構造物および形状測定装置の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００２４】
第１実施形態
図１は本実施形態に係る立体構造物の構成を示す模式図である。
本実施形態に係る立体構造物は、コアおよびコアの外周に積層されたクラッドを備えた複数本の光ファイバ（２０ａ，２０ｂ）が立体構造物本体１０の表層部分に埋め込まれ、あるいは表面上に設けられている。光ファイバ（２０ａ，２０ｂ）は、例えばコア径９μｍのシングルモードファイバである。
光ファイバ（２０ａ，２０ｂ）の中途部には、伝送する光の一部の外界との相互作用を可能にするセンサ部ＳＰが設けられており、このセンサ部ＳＰが立体構造物本体１０の表面を構成する面において２次元的に複数箇所配置されている。
【００２５】
また、光ファイバの入射端に対する入射光を出射する発光ダイオード（ＬＥＤ）あるいはレーザダイオード（ＬＤ）などの光源１１を有する。１つの光源１１と複数本の光ファイバの光結合は、例えば光切替え器（光スイッチ）あるいは光分岐器（光カプラ）１２により行う。光切替え器は光源１１からの光を複数に分岐して複数本の光ファイバ２０ａの一本毎に切り替えて入射し、光分岐器は光源１１からの光を複数に分岐して複数本の光ファイバのそれぞれに入射する。
また、センサ部ＳＰを介して光ファイバ２０ｂの出射端から出射される光を検出する受光部１３を有する。受光部１３は、例えばフォトダイオードからなり、複数本の光ファイバ２０ｂの出射端から出射される光を順次あるいは同時に測定するラインセンサなどの受光素子列であることが好ましい。
【００２６】
さらに、本実施形態に係る立体構造物は、信号処理部１４と画像表示部１５を有する。
信号処理部１４は、受光部１３から出力される光信号に対して電流−電圧変換などの信号処理をして画像データを形成し、画像表示部１５は得られた画像データを表示する。
【００２７】
光ファイバ（２０ａ，２０ｂ）は、その中途部、即ち、光入射側の光ファイバ２０ａと光出射側の光ファイバ２０ｂの間にセンサ部ＳＰ有する。
図２（ａ）は、センサ部ＳＰの構成の一例を示すための、光ファイバ（２０ａ，２０ｂ）のセンサ部ＳＰ近傍での斜視図であり、図２（ｂ）はセンサ部ＳＰ近傍での長手方向の断面図である。
光ファイバ（２０ａ，２０ｂ）は、コア２１と、その外周部に積層されたクラッド２２とを有する。光切替え器または光分岐器１２からの光は、光入射端側からコア２１に入射され、センサ部ＳＰを介して光出射端側のコア２１から受光部へと出射される。
【００２８】
図２（ａ）および（ｂ）に示すセンサ部ＳＰは、光ファイバ（２０ａ，２０ｂ）のコア径と異なるコア径を有するヘテロコア部３であり、コア３１と、その外周部に積層されたクラッド３２とを有する。
ヘテロコア部３におけるコア３１の径ｂｌは、光ファイバ（２０ａ，２０ｂ）のコア２１の径ａｌより十分に小さく、例えばａｌ＝５０μｍ、ｂｌ＝３μｍである。また、ヘテロコア部３の長さｃｌは数ｍｍ〜数ｃｍであり、例えば５ｍｍ程度である。
光ファイバ（２０ａ，２０ｂ）とセンサ部ＳＰを構成するヘテロコア部３は、長手方向に直交する界面４でコア同士が接合するように同軸に、例えば汎用化されている放電による融着などにより、接合されている。
【００２９】
図２（ａ）および（ｂ）に示すように、光ファイバ（２０ａ，２０ｂ）の中途部にセンサ部ＳＰが接合されてなる構成において、ヘテロコア部３におけるコア３１の径ｂｌと光ファイバ（２０ａ，２０ｂ）のコア２１の径ａｌとが界面４で異なっており、このコア径の差に起因して光の一部がヘテロコア部３のクラッド３２にリークＷし、クラッド３２と外界との境界においてセバネッセント波を発生させ、これを外界に作用させることができる。エバネッセント波は、第１媒質中の光が第２媒質との境界で全反射したときなどに第２媒質中に生じる光波のように、境界面からの距離とともに指数関数的に減衰するエバネッセント（Evanescent：次第に消える）な波であり、実質的にエネルギーを持たない光波のことである。エバネッセント波により外界との相互作用を受けた光は、再び光ファイバのコア２１に入射し、伝送される。
【００３０】
上記のようにリークした光は、センサ部ＳＰにおける光ファイバの屈曲の度合いに応じて変化するので、外界と相互作用した結果生じた変化を検知することで、センサ部ＳＰを２次元的に複数箇所配置することにより、立体構造物本体１０の外界からの圧力分布、形状およびそれらの変化を検知することができる。即ち、ヘテロコア部などのセンサ部ＳＰに歪みなどの変動が与えられると、ヘテロコア部に入った光がクラッドに漏れ出て、受光部で受光される光の量に損失（変化）が生じ、これを検出することで立体構造物本体１０の歪みなどを検出できる。例えば図２（ａ）に示すように、光ファイバ（２０ａ，２０ｂ）の延伸方向ＤＲに沿った立体構造物本体１０の外界からの圧力分布、形状およびそれらの変化を検知する。
【００３１】
センサ部ＳＰとしては、他の構成を採用することも可能である。
図３（ａ）〜（ｃ）は、センサ部ＳＰの構成の一例を示すための、光ファイバ（２０ａ，２０ｂ）のセンサ部ＳＰ近傍での長手方向の断面図である。
図３（ａ）では、センサ部ＳＰを構成するヘテロコア部３のコア３１の径ｂｌが、光ファイバ（２０ａ，２０ｂ）のコア２１の径ａｌよりも大きな構成となっている。
図３（ｂ）に示すように、ヘテロコア部の代わりに、センサ部ＳＰは、光ファイバ（２０ａ，２０ｂ）のコア２１の屈折率あるいはクラッド２２の屈折率と同等の屈折率を持つ光透過部材３０が光ファイバ（２０ａ，２０ｂ）の中途部に接合されてなる構成とすることもできる。
図３（ｃ）に示すように、センサ部ＳＰが光ファイバ２０のコア２１の一部が露出するようにクラッド２２を削ることで形成された構成とすることも可能であり、この場合には、センサ部ＳＰにおけるコア２１の表面においてエバネッセント波を外界に直接作用させることができる。
【００３２】
本実施形態における立体構造物において、図１に示すように、外界から圧力Ｐが印加されて変形されると、立体構造物の表面が変形して、即ち、２次元に配置されたセンサ部を有する光ファイバも変形する。
ここで、上記のように光源１１からの光を各光ファイバ２０ａに入射させ、センサ部ＳＰで外界と相互作用した光を各光ファイバ２０ｂから出射させて、これを受光部１３で受光し、受光部１３から出力される光信号を信号処理部１４において処理して画像データを形成し、得られた画像データを画像表示装置１５上に表示することで、立体構造物の表面が変形や外界からの圧力などを画像として見ることができる。
【００３３】
本実施形態に係る立体構造物において、センサ部ＳＰは、立体構造物本体１０の表面を構成する複数の曲面あるいは平面において、２次元的に複数箇所配置されていることが好ましい。
例えば、平板状の立体構造物の対向する１対の面のそれぞれにセンサ部を配置した場合、両面の形状を解析することで、例えば両面の曲率の違いなどから、より精密に立体構造物の表面が変形や外界からの圧力などを解析することができる。
【００３４】
また、上記のように中途部にセンサ部ＳＰを設けた光ファイバ（２０ａ，２０ｂ）は、光ファイバ（２０ａ，２０ｂ）の延伸方向ＤＲに沿った立体構造物本体１０の外界からの圧力分布、形状およびそれらの変化を検出できるが、これと異なる方向に沿った圧力分布や形状変化などは検出できない場合がある。
そこで、光ファイバは、立体構造物本体の表面を構成する面において第１の方向に沿って配置された第１系統と、第１の方向と異なる第２の方向に沿って配置された第２系統を有することが好ましい。
【００３５】
図４（ａ）および（ｂ）は上記の複数の系統を有する場合の光ファイバとセンサ部の配置構成を示す模式図である。
図４（ａ）は、第１の方向ＤＲXに延伸する第１系統（ｘ1，ｘ2，・・・）と、第１の方向ＤＲXと略直交する第２の方向ＤＲyに延伸する第２系統（ｙ1，ｙ2，・・・）とを有し、これらの各系統の交差する位置（Ａ11，Ａ12，Ａ21，Ａ22・・）のぞれぞれに、第１系統および第２系統の両者ともにセンサ部ＳＰが設けられている構成である。
また、図４（ｂ）は、略直交する第１系統（ｘ1，ｘ2，・・・）と第２系統（ｙ1，ｙ2，・・・）とを有し、これらの各系統の交差する位置（Ａ11，Ａ12，Ａ21，Ａ22・・）において、第１系統および第２系統とで交互にセンサ部ＳＰが設けられている構成である。即ち、例えば位置（Ａ11，Ａ22・・）には第１系統の光ファイバにセンサ部が設けられ、位置（Ａ12，Ａ21・・）には第２系統の光ファイバにセンサ部が設けられている。
さらに、上記のパターン以外のパターンに沿ってセンサ部が設けられていてもよい。
なお、図１においても第１系統とこれに略直交する第２系統とを有する構成について示しているが、光ファイバ（２０ａ，２０ｂ）などの図示は一方の系統についてのみ示し、他方の系統については省略している。
【００３６】
上記のように、光ファイバが第１の方向に沿って配置された第１系統と、第１の方向と異なる第２の方向に沿って配置された第２系統を有することで、複数の方向に沿った圧力分布や形状変化などを検出でき、より精密に立体構造物の表面が変形や外界からの圧力などを解析することができる。
【００３７】
また、センサ部は、立体構造物本体の表面を構成する面において第１の密度で配置された第１領域と、第１の密度と異なる第２の密度で配置された第２領域を有することが好ましい。
図５（ａ）および（ｂ）は上記のセンサ部の配置の密度が異なる第１領域および第２領域の配置構成を示す模式図である。
図５（ａ）は、第１領域において、第１の方向ＤＲXに延伸する第１系統（ｘ1，ｘ2，・・・）と、第１の方向ＤＲXと略直交する第２の方向ＤＲyに延伸する第２系統（ｙ1，ｙ2，・・・）とを有し、これらの各系統の交差する位置（Ａ11，Ａ12，Ａ21，Ａ22・・）に第１の密度でセンサ部ＳＰが設けられている構成であり、図５（ｂ）は、第１の方向ＤＲXに延伸する第１系統（Ｘ1，Ｘ2，・・・）と、第１の方向ＤＲXと略直交する第２の方向ＤＲyに延伸する第２系統（Ｙ1，Ｙ2，・・・）とを有する第２領域において、第１の密度よりも低い第２の密度でセンサ部ＳＰが設けられている構成である。
さらに、密度が連続的に変化するパターンに沿ってセンサ部が設けられていてもよい。
【００３８】
上記のように、センサ部が第１の密度で配置された第１領域と、第１の密度と異なる第２の密度で配置された第２領域とを有することで、立体構造物の構造変化をしやすい領域や重要性の高い領域に高密度にセンサ部を設け、構造変化をしにくい領域や重要性の低い領域を低密度にセンサ部を配置することで、より効率よく必要なデータを取得することができる。
【００３９】
本実施形態の立体構造物によれば、２次元に分布したセンサ部において各センサ部での光の損失量（変化量）の分布を実時間で計測できることから、立体構造物の損傷状態などを含む形状や形状の変化をリアルタイムにモニターすることができる。また、光源としては安価なレーザダイオードや発光ダイオードなどの発光素子を用いることができ、受光部としても安価なフォトダイオードなどを用いることができ、さらにセンサ部も融着などにより簡単に形成することができるので、簡便かつ安価なシステムを構築することができる。また、しなやかな特性を有する光ファイバを用いているので、皮膚のような柔らかさを保つことができ、人工的な皮膚感覚センサなど、より広い分野への応用が考えられる。
【００４０】
第２実施形態
本実施形態は形状測定対象物である手の形状を測定する形状測定装置であり、図６はその構成を示す模式図である。
コアおよびコアの外周に積層されたクラッドを備えた複数本の光ファイバ（２０ａ，２０ｂ）が形状測定対象物である手１６を被覆するグローブ１７などに組み込まれ、これによって光ファイバ（２０ａ，２０ｂ）が手１６の表面上に設けられている構成とする。
光ファイバ（２０ａ，２０ｂ）の中途部には、伝送する光の一部の外界との相互作用を可能にするセンサ部ＳＰが設けられており、このセンサ部ＳＰが形状測定対象物である手１６の表面を構成する面において２次元的に複数箇所配置されている。特に、手の動きを敏感に検知するために、センサ部ＳＰを手１６の関節などの曲がる部分に重点的に配置することが好ましい。
光ファイバ（２０ａ，２０ｂ）およびセンサ部ＳＰの詳細な構成などは、第１実施形態と同様とする。
【００４１】
また、第１実施形態と同様に、光ファイバの入射端に対する入射光を出射する発光ダイオード（ＬＥＤ）あるいはレーザダイオード（ＬＤ）などの光源１１を有する。１つの光源１１と複数本の光ファイバの光結合は、例えば光切替え器（光スイッチ）あるいは光分岐器（光カプラ）１２により行う。
また、センサ部ＳＰを介して光ファイバ２０ｂの出射端には、出射端から出射される光を検出するフォトダイオードあるいはこれらが集積されたラインセンサなどの受光部１３が設けられ、さらに受光部１３から出力される光信号を信号処理して画像データを形成する信号処理部１４と、得られた画像データを表示する画像表示部１５が設けられている。
【００４２】
本実施形態に係る形状測定装置によれば、２次元に分布したセンサ部において各センサ部での光の損失量の分布を実時間で計測できることから、形状測定対象物である手の形状や形状の変化をリアルタイムにモニターすることができる。また、光源としては安価なレーザダイオードや発光ダイオードなどの発光素子を用いることができ、受光部としても安価なフォトダイオードなどを用いることができ、さらにセンサ部も融着などにより簡単に形成することができるので、簡便かつ安価なシステムを構築することができる。また、しなやかな特性を有する光ファイバを用いているので、手の関節などになめらかに追従でき、高い信頼性をもって形状を測定できる。
【００４３】
本発明は上記の説明に限定されない。
例えば、センサ部としては、エバネッセント波による外界との相互作用を測定することで、立体構造物あるいは測定対象物と接触する液体の有無、種類および／あるいはその濃度を検知することも可能である。
形状測定装置としては、手以外の体の部分あるいはその他のあらゆる構造物を対象とすることができる。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明の立体構造物は、内圧あるいは外圧が印加される液体あるいは気体の輸送管などの形状監視システムやその他の形状を監視することが望まれている立体構造物に適用できる。
また、本発明の形状測定装置は、手や体の形状および動きなどをリアルタイムに測定するシステムなどに適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】図１は第１実施形態に係る立体構造物の構成を示す模式図である。
【図２】図２（ａ）は、センサ部の構成の一例を示すための、光ファイバのセンサ部ＳＰ近傍での斜視図であり、図２（ｂ）はセンサ部近傍での長手方向の断面図である。
【図３】図３（ａ）〜（ｃ）は、センサ部の構成の一例を示すための、光ファイバのセンサ部近傍での長手方向の断面図である。
【図４】図４（ａ）および（ｂ）は第１実施形態に係る複数の系統を有する場合の光ファイバとセンサ部の配置構成を示す模式図である。
【図５】図５（ａ）および（ｂ）は第１実施形態に係るセンサ部の配置の密度が異なる第１領域および第２領域の配置構成を示す模式図である。
【図６】図６は第２実施形態に係る形状測定装置の構成を示す模式図である。
【符号の説明】
【００４６】
３…ヘテロコア部
４…界面
１０…立体構造物本体
１１…光源
１２…光切替え器あるいは光分岐器
１３…受光部
１４…信号処理部
１５…画像表示部
１６…手
１７…グローブ
２０ａ，２０ｂ…光ファイバ
２１，３１…コア
２２，３２…クラッド
３０…光透過部材
ＳＰ…センサ部
ＤＲ…延伸方向
ＤＲx…第１の方向
ＤＲy…第２の方向
Ｐ…圧力
Ｗ…リーク光
【図１】
2005265434.tif 000003
【図２】
2005265434.tif 000004
【図３】
2005265434.tif 000005
【図４】
2005265434.tif 000006
【図５】
2005265434.tif 000007
【図６】
2005265434.tif 000008